Probleme mit dem Vestibularsystem sind nicht die einzige Folge eines längeren Aufenthaltes unter Bedingungen
Die NASA hat kürzlich ein Experiment abgeschlossenwen Wissenschaftler das Genom von Zwillingsbrüdern verglichen: Einer von ihnen verbrachte fast ein Jahr auf der ISS, der andere unternahm nur kurze Flüge und verbrachte die meiste Zeit auf der Erde. Ein längerer Aufenthalt im Weltraum führte dazu, dass sich 7 % der DNA des ersten Astronauten für immer veränderten – die Rede ist von Genen, die mit dem Immunsystem, der Knochenbildung, Sauerstoffmangel und überschüssigem Kohlendioxid im Körper verbunden sind.
Die NASA verglich zwei Astronauten, um zu sehen, wie sich der menschliche Körper im Weltraum verändert
Unter Schwerelosigkeitsbedingungen wird eine Person gezwungennichts tun: Es geht hier nicht um Astronautenaufenthalte auf der ISS, sondern um Flüge in den Weltraum. Um herauszufinden, wie sich ein solches Regime auf die Gesundheit von Astronauten auswirken würde, legte die Europäische Weltraumorganisation (ESA) 14 Freiwillige 21 Tage lang in ein seitlich am Kopf geneigtes Bett. Die NASA und Roskosmos beabsichtigen, gemeinsam ein Experiment durchzuführen, bei dem die neuesten Methoden zur Bekämpfung der Schwerelosigkeit getestet werden, beispielsweise verbesserte Trainings- und Ernährungspläne.
Wenn sich die Menschen entscheiden, Schiffe zum Mars oder zur Venus zu schicken, werden extremere Lösungen benötigt - künstliche Schwerkraft.
Wie kann die Schwerkraft im Weltall existieren?
Zunächst einmal ist es wichtig zu verstehen, dass die Schwerkraft überall existiert – an manchen Orten ist sie schwächer, an anderen stärker. Und der Weltraum ist keine Ausnahme.
Die ISS und ihre Satelliten stehen unter ständigem EinflussSchwerkraft: Befindet sich ein Objekt in einer Umlaufbahn, umkreist es vereinfacht gesagt die Erde. Ein ähnlicher Effekt entsteht, wenn man einen Ball nach vorne wirft – bevor er den Boden berührt, fliegt er ein Stück in die Wurfrichtung. Wenn Sie den Ball stärker werfen, fliegt er weiter. Wenn Sie Superman sind und der Ball ein Raketentriebwerk ist, fällt er nicht auf den Boden, sondern fliegt um ihn herum, dreht sich weiter und gelangt allmählich in die Umlaufbahn.
Die Schwerelosigkeit geht davon aus, dass sich die Menschen im Schiff nicht in der Luft befinden - sie fallen vom Schiff und das fällt um die Erde.
Aufgrund der Tatsache, dass die Schwerkraft eine Kraft istAufgrund der Anziehungskraft zwischen zwei Massen bleiben wir auf der Erdoberfläche, wenn wir darauf gehen, anstatt in den Himmel zu schweben. In diesem Fall zieht die gesamte Masse der Erde die Masse unseres Körpers zu ihrem Zentrum an.
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Wenn Schiffe in die Umlaufbahn gehen, sind sie freiim Weltraum schweben. Sie unterliegen immer noch der Anziehungskraft der Erde, aber das Schiff und die darin befindlichen Gegenstände oder Passagiere unterliegen in gleicher Weise der Schwerkraft. Bestehende Geräte sind nicht massiv genug, um eine spürbare Anziehungskraft zu erzeugen, sodass Personen und Gegenstände darin nicht auf dem Boden stehen, sondern in der Luft „schweben“.
Wie man künstliche Schwerkraft erzeugt
Künstliche Schwerkraft als solche gibt es nichtexistiert, um es zu erschaffen, muss ein Mensch alles über die natürliche Schwerkraft lernen. In der Science-Fiction gibt es das Konzept der Simulation der Schwerkraft: Sie ermöglicht es der Besatzung von Raumschiffen, auf dem Deck zu gehen und Gegenstände darauf zu stellen.
Theoretisch gibt es zwei Möglichkeiten, eine Imitation zu erstellenSchwerkraft, und keines davon wurde bisher im wirklichen Leben eingesetzt. Das erste ist die Nutzung der Zentripetalkraft zur Simulation der Schwerkraft. Das Schiff oder die Station muss eine radartige Struktur sein, die aus mehreren ständig rotierenden Segmenten besteht.
Nach diesem Konzept zentripetalDie Beschleunigung der Vorrichtung, die die Module zur Mitte hin drückt, erzeugt einen Anschein von Schwerkraft oder Bedingungen, die denen der Erde ähneln. Dieses Konzept wurde 2001 in der Space Odyssey von Stanley Kubrick und im Interstellar-Film von Christopher Nolan demonstriert.
Das Konzept eines Geräts, das eine zentripetale Beschleunigung erzeugt, um die Schwerkraft zu simulieren
Der Autor dieses Projekts gilt als Deutscher.Raketenwissenschaftler und Ingenieur Werner von Braun, der die Entwicklung der Saturn-5-Rakete leitete, die die Apollo 11-Crew und mehrere andere bemannte Fahrzeuge auf den Mond brachte.
Als Direktor des Space Flight CenterMarshall NASA, von Braun, machte die Idee des russischen Wissenschaftlers Konstantin Tsiolkovsky populär, eine toroidale Raumstation zu schaffen, die auf einer radähnlichen Konstruktion basiert, die einem Fahrradrad ähnelt. Wenn sich das Rad im Raum dreht, können Trägheit und Zentrifugalkraft eine Art künstliche Schwerkraft erzeugen, die Objekte in Richtung des Außenumfangs des Rads zieht. Auf diese Weise können Menschen und Roboter wie auf der Erde auf dem Boden laufen und nicht wie auf der ISS in der Luft schweben.
Diese Methode hat jedoch erhebliche VorteileNachteile: Je kleiner das Raumschiff, desto schneller muss es rotieren – dies führt zur Entstehung der sogenannten Cornolis-Kraft, bei der Punkte, die weiter vom Zentrum entfernt liegen, stärker von der Schwerkraft beeinflusst werden als solche, die näher daran liegen. Mit anderen Worten: Die Schwerkraft wird auf den Köpfen der Astronauten stärker sein als auf ihren Beinen, was ihnen nicht gefallen wird.
Um diesen Effekt zu vermeiden, muss die Schiffsgröße angepasst werdensollte ein Vielfaches der Größe eines Fußballfeldes haben – der Transport eines solchen Geräts in die Umlaufbahn wird extrem teuer sein, wenn man bedenkt, dass die Kosten für ein Kilogramm Fracht bei kommerziellen Starts zwischen 1,5.000 und 3.000 US-Dollar liegen.
Eine andere Methode zur Erzeugung der Schwerkraftimitation ist mehrpraktisch, aber auch extrem teuer - das ist eine Beschleunigungsmethode. Wenn das Schiff an einem bestimmten Abschnitt des Pfades zuerst beschleunigt und dann umgedreht wird und sich verlangsamt, beginnt der Effekt der künstlichen Schwerkraft.
Um diese Methode zu implementieren, benötigen Sieenorme Treibstoffreserven – Fakt ist, dass die Motoren bis auf eine kurze Pause mitten auf der Fahrt – während der Schiffswende – fast ununterbrochen laufen müssen.
Echte Beispiele
Trotz der hohen Kosten für den Start von schwerkraftsimulierenden Raumfahrzeugen versuchen Unternehmen auf der ganzen Welt, solche Schiffe und Stationen zu bauen.
Implementieren Sie das Konzept von Background BrownGateway Foundation ist eine Forschungsstiftung, die den Bau einer rotierenden Station im Erdorbit plant. Es wird angenommen, dass der Umfang des Rades Kapseln sein wird, die öffentliche und private Luftfahrtunternehmen für Forschungszwecke kaufen können. Einige Kapseln werden als Villen an die reichsten Bewohner der Erde verkauft, während andere als Hotels für Weltraumtouristen genutzt werden.
Die Dockingbucht befindet sich im Zentrum der Station - von dort werden Personen und Fracht mit dem Aufzug zur Kapsel gebracht.
Das Unternehmen entschied sich für die Methode der Geldbeschaffungzweideutig: Sie beabsichtigt, eine Lotterie zu organisieren, deren Gewinner neben einer Geldprämie die Möglichkeit haben, kostenlos zum Bahnhof zu fliegen und in seiner Kapsel zu übernachten. Das Unternehmen gibt nicht bekannt, wann das Gerät in die Umlaufbahn gebracht wird.
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Über die Schaffung eines Geräts mit künstlichemDie NASA nutzte die Schwerkraft auch für langfristige Weltraumforschung. Im Jahr 2011 stellte die Raumfahrtbehörde Nautilus-X vor, ein rotierendes aufblasbares Raumfahrzeugkonzept, das die Auswirkungen der Mikrogravitation auf die Wissenschaftler an Bord verringern soll.
Es wurde angenommen, dass das Projekt nur Kosten verursachen wird3,7 Milliarden US-Dollar sind für solche Geräte sehr klein, und der Bau wird 64 Monate dauern. Nautilus-X ging jedoch nicht über die ursprünglichen Zeichnungen und Vorschläge hinaus.
Fazit
Bisher der wahrscheinlichste Weg, eine Nachahmung zu bekommenDie Schwerkraft, die das Schiff vor den Auswirkungen der Beschleunigung schützt und für eine konstante Schwerkraft sorgt, ohne dass ständig Motoren eingesetzt werden müssen, besteht darin, ein Teilchen mit negativer Masse zu erkennen. Jedes Teilchen und Antiteilchen, das Wissenschaftler jemals entdeckt haben, hat eine positive Masse. Es ist bekannt, dass negative Masse und schwere Masse einander gleich sind, aber bisher konnten Forscher dieses Wissen nicht in der Praxis nachweisen.
Forscher des ALPHA-Experiments am CERN haben es bereits getanhaben Antiwasserstoff geschaffen – eine stabile Form neutraler Antimaterie – und arbeiten daran, ihn bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten von allen anderen Teilchen zu isolieren. Wenn Wissenschaftlern dies gelingt, ist es wahrscheinlich, dass die künstliche Schwerkraft in naher Zukunft realer wird als bisher.